Première découverte d’un astre compact dans le mass gap

Les collaborations Virgo et LIGO ont découvert un astre compact pesant environ 2,6 fois la masse du Soleil. Jamais aucun astre compact de masse comprise entre 2,5 et 5 masses solaires n'avait été observé et c’est pourquoi cet intervalle est connu sous le nom anglais de « mass gap », une lacune dans la distribution de masses. Dans cet intervalle, les astres sont trop lourds pour être des étoiles à neutrons et trop légers pour être des trous noirs formés lors de l'explosion de supernovae.

Cet astre a fusionné il y a environ 800 millions d’années avec un trou noir de 23 masses solaires, produisant une onde gravitationnelle puissante. Celle-ci a été détectée sur Terre le 14 août 2019 et ainsi nommée GW190814. L’observation de ce signal par les trois instruments du réseau LIGO-Virgo ne permet hélas pas de déterminer, à elle seule, la nature de l’astre : trou noir ou étoile à neutrons ?

Autre surprise, dans le système binaire formé par le trou noir de 23 masses solaires et l’astre compact de 2,6 masses solaires, l’astre le plus lourd est environ neuf fois plus massif que son compagnon. Cela fait de ce système binaire le plus asymétrique jamais observé en ondes gravitationnelles.

« Nous suspectons que certains environnements, comme les jeunes amas denses ou les noyaux actifs de galaxie pourraient permettre la formation de tels systèmes avec des rapports de masses aussi extrêmes. Ce qui est sûr, c’est que l’Univers continue de nous dire avec insistance que nous ignorons la majeure partie de son histoire en ce qui concerne la formation et l’évolution des astres compacts », déclare Mario Spera, membre du groupe Virgo de l’Université de Padoue.